TÍTULO: DOMÓTICA - AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL POR COMANDO DE VOZ TÍTULO:
CATEGORIA: CONCLUÍDO CATEGORIA:
ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA ÁREA:
SUBÁREA: ENGENHARIAS SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOTUPORANGA INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): MAYKON DAVID DA SILVA BARROS, ENDRIGO RICARDO FIGUEIREDO IANHAS AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): JAHYR GONÇALVES NETO ORIENTADOR(ES):
COLABORADOR(ES): MARCELO MARTINS CUIN COLABORADOR(ES):
1 RESUMO
Este projeto propõe o desenvolvimento de um dispositivo de automação residencial responsável por controlar equipamentos domésticos e interagir com pessoas dentro de um ambiente através do comando de voz. Trata-se de um equipamento capaz de captar palavras que estão previamente cadastradas em seu banco de dados e as converte em uma linguagem interpretada por um módulo que é diretamente ligado a um microcontrolador. Após a interpretação dos dados o microcontrolador envia sinais para relés e emissores de infravermelho que são responsáveis por ativar e desativar equipamentos eletrônicos residenciais, tais como, televisão, ventilador, lâmpada e qualquer equipamento percorrido por corrente elétrica ou equipado com receptor de infravermelho. O equipamento desenvolvido provê respostas, interagindo sonoramente com o usuário que está operando o sistema. Desta forma, projeto aborda a domótica, que significa que a aparelhagem possui o papel de um robô residencial controlando qualquer equipamento eletrônico presente.
2 INTRODUÇÃO
A automação residencial tem sido um grande paradigma para as engenharias que se relacionam com tecnologia, tais como, Engenharia de Computação, Engenharia Elétrica, Engenharia Eletrônica, entre outras que são vinculadas a esse tipo de aplicação. A forte tendência do mercado é cada vez mais desenvolver dispositivos inteligentes das mais variadas formas contidas no ambiente residencial. Existem dispositivos que interagem com áudio, vídeo, proveem medidas de segurança ou opções que prezam o conforto no ambiente. Não existe nada melhor do que possuir casas inteligentes “high-tech”, já que o avanço tecnológico tem embarcado fundo nesse ramo.
Para entender melhor, podemos apresentar a definição da palavra “automação”, que vem do latim “automatus”, que significa mover-se por si. Com base nisso, podemos definir automação como sendo um sistema automático que age por si próprio, sem a necessidade da atuação humana no sistema, ou seja, um cérebro eletrônico que
realiza tarefas automaticamente. (LACOMBE 2004) Associando automação com a palavra residencial forma-se o termo “Automação Residencial”, que é um ramo de estudo das automações.
A automação residencial pode ser facilmente instalada, desde que sejam analisadas as condições das fiações estruturais dos ambientes, que, na maioria das vezes pode ser adaptável, já que não existe nenhum segredo adicional no sistema elétrico em si. Vale ressaltar que se for na fase de construção, pode se obter uma melhor precisão na instalação e acomodação dos fios, dutos e centrais elétricas.
O ramo das casas inteligentes vêm crescendo consideravelmente (SMAAL 2011), buscando atingir fatores de qualidade de vida, que são:
o Conforto, o Mobilidade o Segurança o Acessibilidade
Segundo TERUEL, foram observados dados interessantes, apontando quais dispositivos teriam maior prioridade de se automatizar dentro de uma residência, chegando a um resultado que possuía, lâmpadas, câmeras de segurança e TV como prioridade na automação. Agora, como aplicar a automação? O que utilizar? Quais recursos estão disponíveis no mercado para implantar nos ambientes residenciais. Existem vários métodos para serem aplicados nas automações residenciais, tais como, controle via celular, controles remotos, computadores, tablets, entre outros que estão em alta e que são bem estáveis na interação.
No mercado atual é dado pouco ênfase no comando residencial por voz. Esse recurso pode ser importante em um ambiente automatizado, o que motivou a utilização do comando de voz, quebrando paradigmas, inserindo novas tecnologias e pesquisas sobre o assunto.
Com o termo “comando de voz”, entende-se que ao dirigir-se a palavra a determinado equipamento, eis que tal fará alguma ação correspondente à linguagem interpretada. Uma vez que implantado esse tipo de sistema dentro de uma residência, existe um leque de interação.
O termo circunstanciado desse tipo de interação residencial é a Domótica. A palavra “Domótica” vem do latim domus que significa (casa) e robótica (controle automático de algo) que se resume em um sistema de automação residencial ou sistema domótico.
Residências inteligentes e sistemas domóticos têm atraído crescente interesse, uma vez que possibilitam a atuação supervisionada e não supervisionada de dispositivos eletrônicos em uma residência, exercendo tarefas complexas e interagindo com usuários e com o meio físico. (BOLZANI, 2004, p.1).
A principal característica da domótica é a interação do ambiente com os usuários, dando impressão realmente que a casa tem vida, entende seus moradores, participa das atividades diárias, capta a forma de vida que se habita no local, tornando sua utilização uma forma mais dinâmica, intuitiva, confortável de segura de se viver.
3 OBJETIVO
Segundo Teruel constatamos que o foco de automações residenciais consiste no controle de dispositivos através de celulares, computadores e controle remoto. Uma outra forma de comando seria por voz. Desta forma, para quebrar paradigmas usuais de controle por dispositivos eletrônicos foi escolhido o controle por comando de voz. Isso permite inserir novas pesquisas e tecnologias sobre o assunto, em vista que vários modelos de dispositivos também abordam o comando de voz como figura significativa no cotidiano da sociedade.
O dispositivo apresentado neste trabalho consiste na automação de um ambiente, controlando lâmpadas, ventiladores e televisores dentre outros aparelhos eletrônicos. A ideia é tornar práticas, confortáveis e seguras as tarefas diárias realizadas nas residências. O dispositivo é capaz de identificar o comando de voz direcionado ao equipamento através de um microfone, que interpreta e realiza o comando pré-programado. Além da interpretação, o dispositivo é capaz de prover uma resposta sonora da ação enviada ao sistema, interagindo com o usuário.
4 METODOLOGIA
Inicialmente foram gravados os bancos de comando de voz através do software EasyVr Commander, para designar os grupos de ações no qual foram divididos de acordo com os eletrônicos que utilizamos. O grupo da lâmpada onde dentro do mesmo possui as funções de ligar, desligar, voltar ao grupo anterior e sair do sistema, o grupo do ventilador, onde possui ligar, desligar, voltar ao grupo anterior e sair do sistema, o grupo da televisão onde possui as funções de ligar, desligar, aumentar e diminuir volume, trocar de canais, voltar ao grupo anterior e sair do sistema e por último foi criado um grupo de segurança onde gravamos a senha de acesso para que somente com a senha os grupos de ações pudessem ser acessados e executados.
Foi utilizada a captação da voz do Google tradutor para a ação de resposta. O áudio foi editado e comprimido para ser inserido na memória do módulo EasyVr através dos softwares Audacity e Sensory QuickSynthesis. Foram inseridos os áudios de resposta dentro dos grupos cadastrados no EasyVr Commander e exportado o código fonte para a implementação das ações para serem compiladas no microcontrolador.
A programação foi aprimorada no compilador do Arduino (Microcontrolador), e testada através da estrutura de prototipação utilizada.
Retiramos a captação de voz, que no caso era feita através de um microfone de eletreto, e implantamos um plugue P10 para a inserção de um microfone do tipo cardioide. Essa substituição nos proporcionou mais precisão na gravação dos comandos e na execução das ações.
5 DESENVOLVIMENTO
5.1 Comando de Voz
Consiste no reconhecimento de voz através da fonética das palavras cadastradas em grupos de execução, que gera uma sequência de passos a serem processados. A palavra direcionada a algum tipo de dispositivo computacional deve ser digitalizada para que ocorra a interpretação e reconhecimento da voz.
O som captado através das ondas é filtrado para separar os ruídos e eliminar as interferências. A partir dessa característica efetua-se a computação das frequências do áudio contido na voz. Nesse processo o som deve ser sincronizado, pois existe uma variância de pessoa para pessoa, ou seja, nem sempre o usuário possui o mesmo timbre de voz, ou então pronuncia a palavra na mesma velocidade. Todas essas condições são analisadas pelo módulo utilizado através do áudio gravado na memória.
As frações do som captado são separadas por fonéticas bem menores do que sílabas, que compara com o banco de vozes gravados na memória do módulo computacional correspondentes ao idioma falado pelo usuário. Em outras palavras, o sistema simplesmente efetua uma busca, comparando os comandos dirigidos ao sistema.
5.2 Usabilidade e segurança no comando de voz
As Engenharias sempre procuram desenvolver dispositivos que tornam a vida das pessoas mais dinâmicas. Para isso é necessário focar diretamente na usabilidade e segurança podendo proporcionar uma boa aceitação e evitar futuras insatisfações na execução do projeto. O comando de voz pode proporcionar vários benefícios no espaço onde é implantando, como, mobilidade, praticidade, precisão nas ações e conforto aos usuários. Exemplo disso, é que ao configurar o equipamento, podemos obter precisamente o reconhecimento da fala, protegendo tudo por senha e por bancos de execução. Para executar qualquer comando, o usuário deve acessar o sistema, usando login e senha pré-definidos, e isso vale para todo o ambiente, só assim o dispositivo libera as ações.
Todo equipamento tecnológico deve possuir atrativos ao usuário em termos de usabilidade, essa é a maior concorrência de mercado, que condiz ao diferencial dos equipamentos. Na automação não é diferente, o comando de voz, torna a vida dos usuários mais confortável, as ações diárias em residências ficam mais objetivas, até mesmo para uma criança de 4 anos, qualquer um que saiba falar, pode acionar uma lâmpada, ventilador, televisão, ar condicionado, tudo sem controle remoto, ou seja, não precisa de pilhas, baterias, não existe também a possibilidade da quebra do equipamento emissor através de quedas ocasionadas por crianças ou adultos, todo o sistema é acoplado em uma central, que pode ser discretamente posicionada em qualquer cômodo da casa.
Podemos utilizar o comando de voz para: o Comando de iluminação. o Acionamento de janelas. o Climatização de ambientes. o Vigilância.
o Acionamento de sistemas elétricos.
o Integração com TV, blue ray, home theater. o Eletrônicos em geral.
o Entre outros.
5.3 Microcontrolador
O Microcontrolador é uma plataforma computacional que possui um conjunto de componentes agregados a si, tais como, processador, memória e periféricos de entrada e saída. Seria um chip inteligente muito utilizado em sistemas embarcados, pela facilidade de implementar no hardware e software.
Nesse projeto foi utilizado o Microcontrolador Arduino. O Arduino é uma plataforma de prototipagem Open Source (Livre), que possui IDE própria de programação (Baseado em linguagem de programação C). Por ser livre, podem-se encontrar vários códigos compartilhados em fóruns, comunidades e no site oficial
Figura 1
5.4 Módulo Rele
O módulo relê, tem a função de agir como um interruptor, utilizado para ligar ou desligar dispositivos através de pulsos elétricos. Como mostra a figura 2.
Figura 2
5.5 EasyVR Shield
O EasyVr é um módulo de reconhecimento de voz multi linguagens, de fácil implementação e seguro, capaz de reconhecer falas e interpreta-las através de sua interligação com o Microcontrolador Arduino. Como mostra a figura 3.
5.6 Audacity
O Audacity é um software destinado para gravação e edição de áudio multi-track (Multipista). A sua plataforma é Open Source, ou seja, livre, não sendo necessária a compra para ativar o produto, podendo ser instalado e estudado gratuitamente. Segundo dados coletados no site oficial do software, o Audacity pode disponibilizar uma vasta quantidade de opções rápidas.
O software é distribuído pela GNU (GPL General Public License), tendo sua licença reconhecida pela FSF (Free Software Fundation).
5.7 EasyVR Commander
O Software EasyVR Commander é fornecido pela empresa GTigal Veear, que é a mesma fabricante do módulo EasyVR utilizado nesse projeto.
O EasyVR Commander é responsável por conectar-se o módulo Easy VR ao computador e através dessa conexão, efetuar o cadastro dos grupos, bastando apenas selecionar grupo desejado e gravar a voz posteriormente dando o nome desejado a cada ação.
Após o cadastro, é possível gerar através do EasyVR Commander, o código fonte que contém as informações dos grupos gravados para o compilador Arduino, sendo necessário fazer as edições do mesmo para concatenar os grupos com o feedback e introduzir as ações que devem ser dirigidas pelo micro controlador.
5.8 Sensory QuickSynthesis 5
O software Sensory QuickSynthesis é utilizado para comprimir arquivos de áudio de fala humana utilizados como feedback no módulo EasyVR.
Segundo o site oficial do software, o programa gera um banco de execuções de áudio que foram inseridos a ele e que devem obrigatoriamente seguir o padrão WAV, 22050HZ de frequência, possuir apenas um canal e estar em 16 bits. Para
obter esse tipo de exportação exigida, pode-se utilizar qualquer software de edição de áudio.
6 RESULTADOS
O Projeto encontra-se concluído como mostra na figura 4. Foram efetuados diversos testes tais como:
o Ascender e apagar lâmpadas. o Ligar e desligar ventiladores. o Ligar e desligar televisores. o Trocar os canais da televisão. o Aumentar e diminuir volume. o Como diversas outras aplicações.
Figura 4
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Concluímos por meio deste projeto e de estudos realizados, que foi possível ascender e apagar lâmpadas, ligar e desligar ventiladores e a substituição do controle remeto pelo comando de voz. A utilização do dispositivo e seu desempenho foram satisfatórios e atendeu as expectativas, vindo a gerar um enorme conforto e segurança aos usuários.
8 REFERÊNCIAS
BOLZANI, C. A. M. Desenvolvimento de simulador de controle de dispositivos residenciais Inteligentes: uma introdução aos sistemas domóticos. 2004. 115f. Dissertação (Mestrado) – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos.
SMAAL, Beatriz. Automação residencial: a tecnologia invade a sua casa. Tec Mundo. Maio 2011. Disponível em: <http://www.tecmundo.com.br/casas/9907-automacao-residencial-a-tecnologia-invade-a-sua-casa.htm>. Acesso em: 04/04/2014.
TERUEL. Evandro Carlos. Automação Residencial: pesquisas quantitativa para conhecer a necessidade do cliente. Disponível em: <http://www.centropaulasouza.sp.gov.br/pos-
graduacao/workshop-de-pos-graduacao-e-pesquisa/anais/2007/posteres/TERUEL,%20Evandro%20Carlos_2.pdf>.Acesso em: 05/04/2014.
